DE102004057245A1

DE102004057245A1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE102004057245A1
Application number: DE200410057245
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-01
Also published as: DE502005003396D1; EP1825137A1; EP1825137B1; WO2006056521A1

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen umfasst einen Düsenkörper (2) mit Spritzlöchern (11, 17), eine in einer Führungsbohrung (3) des Düsenkörpers (2) axial geführte, als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein erstes Spritzloch (11) steuert, und eine in der äußeren Düsennadel (4) koaxial geführte innere Düsennadel (5), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein zweites Spritzloch (17) steuert, sowie erfindungsgemäß einen axial verschiebbar geführten Kolben (18) mit einem ersten Vorsprung (23), der die innere Düsennadel (5) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, und mit einem zweiten Vorsprung (24), der nach einem Vorhub (h¶1¶) die äußere Düsennadel (4) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, einen Stellantrieb (20) zum Verschieben des Kolbens (18), einen ersten und einen zweiten Düsenrückraum (26, 31), die jeweils durch eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche (25, 30) der inneren bzw. der äußeren Düsennadel (4, 5) begrenzt sind, einen mit Kraftstoff gefüllten ersten Steuerraum (28), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (18) oder ein Stellglied (19) des Stellantriebs (20) begrenzt und über eine Drossel (27) mit dem ersten Düsenrückraum (26) verbunden ist, und einen mit Kraftstoff gefüllten zweiten Steuerraum (33), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (18) begrenzt und über eine Drossel (32) mit dem zweiten ...

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Eine solche, beispielsweise aus der DE 100 58 153 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen weist zwei Düsennadeln auf, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Die äußere Düsennadel wird geöffnet, wenn die vom Kraftstoff auf eine Druckschulter der äußeren Düsennadel ausgeübte Öffnungskraft größer als die Wirkung einer Schließfeder ist. Die innere Düsennadel wird geöffnet, indem der Druck eines in Schließrichtung auf die Düsennadel wirkenden Hydraulikfluids in einem Steuerraum abgesenkt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kraftstoffeinspritzdüse einfach und direkt ansteuerbar ist. Dabei ist der separate Aufbau der Steuerung über getrennte Steuerräume der zwei Düsennadeln besonders vorteilhaft. Durch Verwendung einer direkten Nadelsteuerung können beide Düsennadeln schnell ohne Leckage gesteuert geöffnet und somit der Injektor optimal gesteuert werden. Vorteil der Erfidung ist die Leckagefreiheit bei hoher Nadelgeschwindigkeit und kurzem Stellweg des Stellantriebs.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse in einem Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse 1 für Brennkraftmaschinen weist einen ein- oder mehrstückigen, zylindrischen Düsenkörper 2 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. In einer Führungsbohrung 3 des Düsenkörpers 2 ist eine als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt, in der eine innere Düsennadel 5 koaxial angeordnet und ebenfalls axial verschiebbar geführt ist.
Im Düsenkörper 2 ist ein Ringraum 6 ausgebildet, der durch die äußere Düsennadel 4 radial nach innen begrenzt ist. Über eine Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 ist der Ringraum 6 mit einem nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) verbunden.
Eine erste Schließfeder 8 presst die äußere Düsennadel 4 in einen ersten Dichtsitz 9 am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. Im geschlossenen Zustand der äußeren Düsennadel 4 verhindert ein Dichtkonus 10 der äußeren Düsennadel 4 in Verbindung mit dem ersten Dichtsitz 9, dass Kraftstoff aus dem Ringraum 6 durch erste Spritzlöcher 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. In gleicher Weise presst eine zweite Schließfeder 12 die innere Düsennadel 5 in einen zweiten Dichtsitz 13 am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. Im geschlossenen Zustand der inneren Düsennadel 5 verhindert ein Dichtkonus 14 der inneren Düsennadel 5 in Verbindung mit dem zweiten Dichtsitz 13, dass Kraftstoff sowohl bei geschlossener äußerer Düsennadel 4 aus dem zwischen beiden Düsennadeln 4, 5 vorhandenen Ringspalt 15, der über eine Bohrung 16 in der äußeren Düsennadel 5 an den Ringraum 6 angeschlossen ist, als auch bei geöffneter äußerer Düsennadel 4 nicht durch zweite Spritzlöcher 17 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Dichtsitze 9, 13 durch eine gemeinsame Konusfläche gebildet.
Die Schließfeder 8 der äußeren Düsennadel 4 ist am Düsenkörper 2 und die Schließfeder 12 der inneren Düsennadel 5 an einem Kolben 18 abgestützt, der in einem nach unten offenen Übersetzerkolben 19 axial verschiebbar geführt ist. Der Übersetzerkolben 19 bildet das Stellglied eines invers betriebenen piezoelektrischen Stellantriebs 20. Im gezeigten geschlossenen Zustand beider Düsennadeln 4, 5 ist der piezoelektrische Stellantrieb 20 bestromt, wodurch der Übersetzerkolben 19 gegen die Wirkung einer Zugfeder (z.B. Rohrfeder) 21 nach unten gedrückt ist. Der Kolben 18 ist über einen Übersetzerraum 22, der mit unter Raildruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, hydraulisch mit dem Übersetzerkolben 19 gekoppelt, um einen 1:1-Temperaturausgleich des Stellantriebs 20 zu ermöglichen.
Die beiden Düsennadel 4, 5 sind jeweils am Kolben 18 verschiebbar geführt. Dazu hat der Kolben 18 eine nach unten offene Kolbenkammer, an deren Kammerwand die beiden Düsennadeln 4, 5 geführt sind. Der Kolben 18 hintergreift mit einem ringförmigen ersten Vorsprung 23 die innere Düsennadel 5 und mit einem ringförmigen zweiten Vorsprung 24 die äußere Düsennadel 4 jeweils in Öffnungsrichtung. Im gezeigten geschlossenen Zustand der beiden Düsennadeln ist die innere Düsennadel 5 in Öffnungsrichtung vom ersten Vorsprung 23 um h₀ (h₀≥ 0) und die äußere Düsennadel 4 in Öffnungsrichtung vom zweiten Vorsprung 24 um h₁ (h₁ > h₀) beabstandet.
Die innere Düsennadel 5 begrenzt mit einer in Schließrichtung wirkenden Steuerfläche 25 in der Kolbenkammer einen ersten Düsenrückraum 26, der über eine erste Drossel 27 mit einem ersten Steuerraum 28 verbunden ist. Der erste Steuerraum 28 ist radial nach innen durch den Kolben 18, radial nach außen durch eine Dichthülse 29, in Öffnungsrichtung durch den Übersetzerkolben 19 sowie in Schließrichtung durch den Düsenkörper 2 begrenzt. Über die Dichthülse 29, die durch eine gehäuseseitig abgestützte Druckfeder (nicht gezeigt) in Anlage an eine Schulter des Düsenkörpers 2 abgestützt ist, ist der erste Steuerraum 28 gedrosselt an die Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 angeschlossen.
In gleicher Weise begrenzt die äußere Düsennadeln 4 mit einer in Schließrichtung wirkenden Steuerfläche 30 in der Kolbenkammer einen zweiten Düsenrückraum 31, der über eine zweite Drossel 32 mit einem zweiten Steuerraum 33 verbunden ist. Der zweite Steuerraum 33 ist radial nach innen durch die äußere Düsennadel 4, in Öffnungsrichtung durch den Kolben 18 und im Übrigen durch den Düsenkörper 2 begrenzt. Der zweite Steuerraum 33 ist auf nicht gezeigte Weise an die Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 gedrosselt angeschlossen, z.B. ebenfalls über eine Dichthülse. Der Zwischenraum 34, der in der Kolbenkammer zwischen zweitem Vorsprung 24 und äußerer Düsennadel 4 gebildet ist, ist über eine Verbindungsbohrung 35 in der äußeren Düsennadel 4 mit einem zweiten Steuerraum 31 verbunden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben.
Wenn der piezoelektrischen Stellantrieb 20 nicht mehr bestromt wird, zieht die Zugfeder 21 den Übersetzerkolben 19 nach oben, d.h. in Öffnungsrichtung. Dadurch sinkt der Druck im Übersetzerraum 22 unter Raildruck, und über die hydraulische Kopplung wird auch der Kolben 18 nach oben gezogen, der über den ersten Vorsprung 23 die innere Düsennadel 5 sofort (h₀ = 0) oder erst nach einem Vorhub (h₀ > 0) in Öffnungsrichtung mitnimmt. Die innere Düsennadel 5 hebt von ihrem Dichtsitz 13 ab, und über die nun freigegebenen zweiten Spritzlöcher 17 wird Kraftstoff über den Ringsspalt 15 aus dem Ringraum 6 in den Brennraum eingespritzt. Der Öffnungshub des Übersetzerkolbens 19 führt zu einer Volumenvergrößerung im ersten Steuerraum 28, so dass der darin herrschende Raildruck sinkt. Über die Drossel 27 sinkt auch der Druck im ersten Düsenrückraum 26 unter den Raildruck ab. Dies führt, da am Dichtkonus 14 der inneren Düsennadel 5 der Raildruck in Öffnungsrichtung wirkt, zu einem Abheben der inneren Düsennadel 5 vom ersten Vorsprung 23, d.h. zu einem weiteren Aufsteuern der inneren Düsennadel 5, gegen die Wirkung der Schließfeder 12.
Nach einem Vorhub h₁ (h₁ > h₀) nimmt der Kolben 18 über den zweiten Vorsprung 24 auch die äußere Düsennadel 4 in Öffnungsrichtung mit, wobei der im Zwischenraum 34 vorhandene Kraftstoff über die Verbindungsbohrung 35 in den zweiten Steuerraum 31 abgebaut wird. Die äußere Düsennadel 4 hebt von ihrem Dichtsitz 9 ab, und Kraftstoff aus dem Ringraum 6 wird auch über die nun freigegebenen ersten Spritzlöcher 11 in den Brennraum eingespritzt. Da auch am Dichtkonus 10 der äußeren Düsennadel 4 der Raildruck in Öffnungsrichtung wirkt, hebt die äußere Düsennadel 4 vom zweiten Vorsprung 24 ab und wird gegen die Wirkung der Schließfeder 8 weiter aufgesteuert.
Somit werden die beiden Düsennadeln 4, 5 mit nur minimalem Öffnungshub des Stellantriebs 20 weit aufgesteuert.
Zum Schließen der Düsennadeln 4, 5 werden durch Bestromen des Stellantriebs 20 der Übersetzerkolben 19 und der Kolben 18 gegen die Wirkung der Zugfeder 21 in Schließrichtung verschoben, wodurch sich das Volumen der Steuerräume 28, 33 verringert. Der darin jeweils herrschende Druck steigt über den Raildruck an, und die Düsennadeln 4, 5 schließen.
Das Öffnen der beiden Düsenadeln kann auch umgekehrt erfolgen, wenn h₀ und h₁ vertauschtwerden, d.h. wenn h₀ > h₁ ≥ 0.

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen, umfassend einen Düsenkörper (2) mit Spritzlöchern (11, 17), eine in einer Führungsbohrung (3) des Düsenkörpers (2) axial geführte, als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein erstes Spritzloch (11) steuert, und eine in der äußeren Düsennadel (4) koaxial geführte innere Düsennadel (5), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch mindestens ein zweites Spritzloch (17) steuert, gekennzeichnet durch: – einen axial verschiebbar geführten Kolben (18) mit einem ersten Vorsprung (23), der die innere Düsennadel (5) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, und mit einem zweiten Vorsprung (24), der nach einem Vorhub (h₁) die äußere Düsennadel (4) in deren Öffnungsrichtung mitnimmt, wobei die beiden Düsennadeln (4, 5) relativ zum Kolben (18) in Öffnungsrichtung jeweils gegen die Wirkung einer Schließfeder (8, 12) verschiebbar sind, – einen Stellantrieb (20) zum Verschieben des Kolbens (18), – einen ersten und einen zweiten Düsenrückraum (26, 31), die jeweils durch eine in Schließrichtung wirkende Steuerfläche (25, 30) der inneren bzw. der äußeren Düsennadel (4, 5) begrenzt sind, – einen mit Kraftstoff gefüllten ersten Steuerraum (28), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (18) oder ein Stellglied (19) des Stellantriebs (20) begrenzt und über eine Drossel (27) mit dem ersten Düsenrückraum (26) verbunden ist, und – einen mit Kraftstoff gefüllten zweiten Steuerraum (33), der in Öffnungsrichtung durch den Kolben (18) begrenzt und über eine Drossel (32) mit dem zweiten Düsenrückraum (31) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) eine in Schließrichtung offene Kolbenkammer aufweist und dass darin die beiden Düsennadeln (4, 5) jeweils mit ihren Steuerflächen (25, 30) die beiden Düsenrückräume (26, 31) begrenzen.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Düsennadeln (4, 5) an der Kammerwand der Kolbenkammer geführt sind.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) die innere Düsennadel (5) erst ab einem Vorhub (h₀) in Öffnungsrichtung mitnimmt und dieser Vorhub (h₀) kleiner als der Vorhub (h1) der äußeren Düsennadel (4) ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (8) der äußeren Düsennadel (4) in einem Ringraum (6), der an die Kraftstoff-Hochdruckleitung (7) angeschlossen und radial nach innen durch die äußere Düsennadel (4) begrenzt ist, angeordnet und am Düsenkörper (2) abgestützt ist.
Kraftstaffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (12) der inneren Düsennadel (5) im ersten Düsenrückraum (26) angeordnet und am Kolben (18) abgestützt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (20) als Stellelement einen Übersetzerkolben (19) aufweist, der hydraulisch mit dem Kolben (18) bewegungsgekoppelt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (20) ein gegen die Wirkung einer Zugfeder (21) invers betriebener piezoelektrischer Antrieb ist.